板式換熱器除垢裝置

USP-B系列板式換熱器除垢裝置
    USP--B系列板式換熱器除垢裝置是在USP--M系列超聲波除垢裝置的基礎上，針對板式換熱器而開發的另一款新產品。由俄羅斯VIDKON公司提供部分核心器件，授權我公司生產。其產品主要防止板式換能器產生水垢，提供連續不間斷的工作，具有：除垢、防垢、防腐、提高換熱效率、環保節能等突出的技術特點。技術成熟，是板式換能器除垢的專業產品。

一、產品研發與技術創新

1、研發背景

1.1 板式換能器是近10年才普及的，普及的原因是由于板式換能器具有以下優點：

1）傳熱系數高：板式換熱器的傳熱系數是管殼式換熱器的3～5倍。完成同一換熱任務，板式換熱器的換熱面積僅為管殼式換熱面積的1/3～1/4。 

2）對數平均溫差大：流體在板式換熱器內的流動是并流或逆流的流動方式，其溫差修正系數一般在0.8～0.95。 

3）占地面積小：板式換熱器結構緊湊，單位體積內的換熱面積為管殼式換熱器的2～5倍，實現同樣的換熱任務時，板式換熱器的占地面積約為管殼式換熱器的1/5～1/10。 

4）重量輕：板式換熱器的板片厚度僅為0.5～1mm,在完成同樣換熱任務的情況下，板式換熱器的重量僅為管殼式換熱器的1/5左右。

5）價格低：單位換熱面積造價低于管殼式換熱器。

6）末端溫差小：板式換熱器的末端溫差很小，對于水—水換熱可以低于1℃，而管殼式換熱器大約為5℃.這對于回收低溫位的熱能是很有利的。

7）污垢系數低：板式換熱器的流體呈現劇烈湍流，雜質不易沉積，板間通道的流通死區小，不銹鋼制造的換熱面光滑、且腐蝕附著物少。

8）可以實現多種介質換熱。

9）很容易改變換熱面積或流程組合。

1.2 板式換能器雖然優點很多，但也有以下缺點：
1）工作壓力小：板式換熱器是靠墊片密封的，密封周邊很長，而且角孔的兩道密封處的支撐情況較差，墊片得不到足夠的壓緊力，所以目前板式換熱器的****工作壓力僅為2.5MPAa；單板面積大于1平方時，其工作壓力往往低于2.5MPa。 

2）工作溫度低：板式換熱器的工作溫度決定于密封墊片能承受的溫度。用橡膠類彈性墊片時，****工作溫度在200℃以下；用壓縮石棉絨墊片工作溫度為250～260℃，由于壓縮石棉絨墊片的彈性差，所以工作壓力較用橡膠墊片低。

3）易堵塞：換熱器的板間通道很窄，一般在3～5mm,當換熱介質中含有較大的固體顆粒或纖維物質時，就容易堵塞板間通道。

4）不易清洗：清洗時必須把換能器解體，逐片清洗，清垢難度大，清洗工作量大，清洗現場亂。

5）檢修費用高：由于板片很薄，在清洗硬垢的過程中板片易變形，密封墊圈極易損壞；為保證回裝質量，必須更換，檢修費用高。

1.3鑒于板式換能器的上述優缺點，在城市集中供熱的換熱站得到了大量的應用；其他行業應用也很廣泛。

1.4在城市集中供熱的應用中，板式換能器的熱端一般連接一次網給水，因為是循環水，水質水量有保證，板式換能器的一次網側結垢不嚴重。冷端二次網接用戶，水質、水量無法保證，因此在板式換能器的二次網側結垢非常嚴重。目前，還沒有對板式換熱器進行除垢的在線物理方法或裝置，板式換熱器只能運行到結垢很嚴重時，才停機解體除垢。結垢影響換熱，不但影響供熱企業的經濟效益，還影響企業的社會聲譽和民生問題。

1.5針對板式換熱器存在的缺陷，我公司****研制了USP-B系列板式換熱器除垢裝置，該裝置通過超聲波除垢裝置去除換熱板上的硬垢，通過軟垢****裝置去除換熱板間的氧化物及泥沙等軟垢，徹底解決了板式換熱器的除垢難題。

2、產品研發

2.1自2010年起，我公司就對板式換熱器進行了除垢效果的研究，就換能器選型、匹配電源、安裝部位進行了多項試驗。

2.2經過一個采暖期的實際運行，與沒有安裝的其他板式換熱器進行比較，換熱效果有一定的改善，但沒有達到用戶的使用要求。

2.3經過分析比對，主要原因是：無論換能器安裝在什么部位，因為板式換熱器板與板之間采用橡膠條密封，超聲波傳導不過去，振動波無法到達換熱板表面，所以除垢效果受到很大的影響。

2.4 2012年，俄羅斯VIDKON公司針對板式換熱器，開發了USP--B系列板式換熱器除垢裝置，該裝置改變了除垢模式，對硬垢去除效果明顯。

2.5 2013年，我公司引入這一先進技術，并進行了除垢效能改善，在USP--B板式換熱器除垢裝置的基礎上，又增加了軟垢****裝置，可以有效去除換熱板間的氧化物及泥沙等軟垢，除垢效果非常理想。

3、技術創新點

3.1在國際上率先提出了一種全新的除垢模式，將超聲波除垢技術應用于板式換熱器除垢方面，較好地解決了超聲波應用頻率、功率密度、除垢效應三者之間的關系。

3.2參數匹配合理，全新設計的換能器對硬垢的去除效果好。

3.3輸出頻率與功率密度在線可調，便于尋找****工況。

3.4增加了軟垢****裝置，可以有效去除換熱板與板之間的軟垢。

3.5使用壽命長，連續在線工作，基本處于免維護。

二、技術特點

1、除垢作用

除垢效果明顯，一般在安裝使用后的3-6個月內，可去除80%以上的老垢，以后陸續****干凈。

除垢機理：超聲波的聲波作用于液體中時，液體內形成許多微小的氣泡，形成“空化效應”，氣泡的破裂會產生能量極大的沖擊波，影響了碳化沉積物內部之內的牢固性，破壞了碳化沉積物和金屬之間的關系，因此，產生許多小裂縫。當裂紋逐漸增多后，水垢便形成沙礫狀顆粒，一部分從管壁表面脫落。水在毛細的作用下通過細小裂縫滲入到受熱表面，那里有水被蒸發，從而帶動碳化沉積物的膨脹和成片地脫落，將垢****徹底。

作用于金屬表面的超聲波振動產生了機械能量，使得金屬、水垢、水隨之震動，由于三者之間的頻率響應不同，產生不同步振動，形成垢層與管壁界面上的相對剪切力，即形成“剪切效應”，破壞了水垢和金屬之間的結合，導致垢層產生疲勞而松脫。

2、阻垢作用

    阻垢徹底，自安裝之日起，新垢生成的概率很小。                       

    阻垢機理：超聲波在液體介質中通過“空化效應”，將水分子裂解為H自由基和HO自由基，甚至H+和OH-等, 而OH與成垢物質離子可形成諸如CaOH 、MgOH 等的化合物，從而增加水的溶解能力，使其溶垢能力相對提高，具有"活化"效應。超聲波的輻射把液體拉裂而形成無數極微小的局部空穴和氣泡，在這些氣泡的周圍，形成許多的結晶中心，在水中開始形成硬鹽，形成細小的沙狀物，即產生超生“凝聚”現象，有很強的爭奪水中離子的能力。

   受熱表面上的振動使金屬與水之間產生高速微流和空化效應，破壞垢類生成和在管壁沉積的條件，阻礙了這些沙狀物在管壁上的沉淀，具有阻垢效果。

3、防止氧化腐蝕作用

    在管壁內表面自然形成的裂縫中，存有水中溶解的氧氣，在超聲波振動的作用下，它被強制從裂縫中排出來。超聲波的脈沖長期地作用于管的內壁表面，在微小的縫隙附近發生變形變化，這些變形變化把裂縫的邊緣鉚住，使它們被封住，水中的溶氧就不會滲入裂縫中，****了腐蝕的源頭，保護金屬免受磨蝕。這種防腐蝕的效果在某種程度上取代了管子內表面的鈍化，可有效防止水中溶氧對金屬的腐蝕，相當于****鋼鐵管受氧腐蝕的裝置。


4、提高換熱器效率


     超聲波振動，形成其內部水和管壁的振動，減弱了水與管壁之間的流體力學阻力，從而提高了水流的速度。水與金屬加熱面之間的排出與進入加快，水與受熱表面的交換速度也加快，使被加熱液體的層流邊界層、過度層和紊流區能進行更好的混合，提高熱量的傳遞。同時，由于換熱設備處于無垢狀態下運行，換熱熱損耗很小，提高換熱器效率近3-5%。

5、環保節能

    物理方法防垢，對水體和環境無污染，對管線和容器無腐蝕。相對于結垢后在處理的其它方法而言，其在線式的工作方式，破壞了垢晶形成條件，使設備始終處于無垢狀態下運行，其熱傳導效率約提高了5-8%，節能3-5%。

三、產品組成

1、USP-B系列板式換熱器除垢裝置由超聲波除垢裝置、軟垢****裝置、電控裝置、附屬管路等組成。 

2、超聲波除垢裝置由脈沖電源和換能器組成。脈沖電源的功能是把AC380V的工頻電源轉換成一定頻率的脈沖電源；換能器的作用是把電子脈沖能量轉換成機械能量，產生超聲波振動，實現除垢的機理。

3、軟垢****裝置由氣液混合器、控制器、管閥等組成，混合液以一定的壓力進入脈沖震蕩發生器，形成高壓脈沖水氣流，進入板式換熱器后，隨著氣泡的爆裂，板片內的水流被激發出強大的沖擊波，猛烈地沖刷板壁，并夾雜著被撞碎、剝離的雜質產生了巨大的"噴濺效應"，從而****泥砂、鐵銹渣等軟垢。

4、電控裝置由電氣開關、指示燈、接觸器、PLC等組成，運行過程中根據PLC編程，自動控制各電器單元的啟停，閥門的開閉，逐一清洗每臺板式換熱器，實現運行中除垢。 

五、設備選型、安裝與調試


1、安裝工藝


1.1超聲波在金屬中傳導的衰減很小，如果換能器的安裝位置和結垢面之間都是金屬連接，振波可以傳導到結垢表面，除垢效果好。


1.2超聲波在彈性體中傳導的衰減很大，如果換能器安裝在板式換熱器的外部，因板與板之間使用橡膠條密封，超聲波的衰減很大，起不到除垢的作用。


1.3超聲波在水中傳導的衰減略大，換能器應安裝在板式換熱器冷端進出口管段上。


2、設備選型


用戶使用單位可根據本單位在裝板式換熱器的數量，單臺板式換熱器的換熱面積，在根據下表，完成設備的選型。


設備選擇一覽表

例：一個換熱站在裝6臺板式換熱器，換熱面積為150平方米，選擇USP-900/6B型號的設備即可。


六、選擇理由


1、USP-M系列超聲波除垢裝置自投產至今已歷經了15年的市場考驗，期間進行過3次大的技術改進。擁有3項專利技術、5項檢測認證，在俄羅斯、歐洲、亞洲等30多個國家的1.5萬多臺熱轉換設備上陸續安裝使用，獨有的安裝理論和現場安裝調試經驗，實現了換熱設備的無垢化運行。


2、USP-B系列板式換熱器除垢裝置是在M系列產品的基礎上，新創立的一種除垢模式，技術先進成熟，經過在多臺板式換熱器的實際應用，除垢效果顯著、運行費用較低、在板式換熱器除垢領域，屬于高技術新產品。


3、換能器產生的聲波是彈性波，應力約為金屬疲勞極限的1/10,軟垢****裝置運行壓力低于0.4MPa,對板式換熱器無任何損傷，對運行人員無任何不良影響。


4、降低生產熱能量的成本，不僅僅有技術上和經濟上的意義，而且具有社會意義，是構建節約型社會的一種技術手段。


七、經濟效益分析


1、熱網循環水不用添加阻垢劑，節省加藥費用，降低運行費用。


2、板式換熱器不用解體清垢，減少解體清垢所發生的材料更換及維護費用。


3、減少停機除垢所造成的直接和間接經濟損失。


4、保證換熱效率，減少燃料的浪費，增加設備運行的經濟性和安全性。


5、實現在線防垢和除垢，降低工人的勞動強度，減少人工清理費用，****定期化學清冼發生的費用和對設備的腐蝕，延長設備的使用壽命。


6、用于購買使用USP-B系列板式換熱器除垢裝置的成本，在它們工作以后的1-2個采暖期之內就會被全部收回。使用本裝置只是一次投資，使用有效期大于10年。